模具课程设计 垫片级进模设计

才刘文W

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模具课程设计说明书

设计题目：垫片级进模设计

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目录

一、摘要......................................................3

二、绪言......................................................4

2.1冲压的概念、特点及应用..................................4

2.2冲压的基本工序及模具....................................5

三、工艺性分析................................................6

四、冲裁工艺方案确定.........................................7

五、工艺计算..................................................8

5.1刃口尺寸计算............................................8

5.2排样计算................................................9

5.3冲压力计算..............................................11

5.4压力中心计算............................................12

六、冲压设备选用.............................................13

七、模具零部件结构的确定.....................................14

八、致谢......................................................15

九、参考文献..................................................16

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二绪言

2.1冲压的概念、特点及应用

冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力，使其

产生分离或塑性变形，从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加

工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工

成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的

主要方法之一，隶属于材料成型工程术。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料(金属或

非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合

要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就

无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只

有它们相互结合才能得出冲压件。

与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是

经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。

(1)冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是

因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分

钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压

行程就可能得到一个冲件。

(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压

件的表面质量,而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好,具有

“一模一样”的特征c

(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表,

大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和

刚度均较高。

(4)冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备,

因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套

模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。

所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现,

从而获得较好的经济效益。

冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多

的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪

表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占

的比重都相当的大，少则60舟以上，多则90%以上。不少过去用锻造二铸造和切

削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因

此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和

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产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。

2.2冲压的基本工序及模具

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不

相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分

离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一

定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料

在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四

种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，

若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用

集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为

组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压一一在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完

成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压一一在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模

具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合一级进一一在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和

成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种

类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作

台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位,

压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产

生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料

与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压

循环。

根据不同零件的性能、形状、大小等，选用科学的冲压方法，是冲制出合

格产品，降低资金消耗常常用到的。

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三、工艺性分析

材料：0235

料厚：2mm

零件图1.1

材M分析

Q235为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。

结构分析

零件结构简单对称，外形均有圆弧连接过度，对冲裁加工

较为有利。零件上有三个孔，其中最小孔径8.2mm,大于冲裁最

小孔径2的要求。另外，经计算直径。8.2mm的孔距零

件外形之间的孔边距为3.9mm,大于冲裁件最小孔边距要求。所

以，该零件的结构满足冲裁要求。

精度分析

零件上有5个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要

求都属于IT11~1门2,所以，普通冲裁可以满足零件的精度要

求。由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。

四、冲裁工艺方案的确定

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零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下：

方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。

方案二：落料一冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：冲孔一落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一的模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效

率低，零件精度较差，难以满足零件年产量的要求。

方案二只需一副模具，冲压件的形状位置精度和尺寸精度

易于保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于

零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二相比

生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形状位置精度，需在模具

上设置导正销导正，模具制造，装配较复合模略复杂。

比较三个方案，采用方案二生产更为合理。现对复合模中凸

凹模壁厚进行校核，现查得，当材料厚度为2mm时凸凹模最小

壁厚为4.9mm,而该零件上的孔边距只有3.9mm,不能满足复合

模凸凹模最小壁厚的要求，因此，该零件不能采用复合模生产，

其最终工艺方案确定为方案三一一级进模生产。

五、工艺计算

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1.刃口尺寸计算

根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。

（1）落料件尺寸的基本计算公式为

DR=-必）产

多

5=（幺—Nmn=（r>max一七一2Tmin）?

尺寸，经查得该零件凸、凹模最小间隙Zmin=0.246mm,最大

间隙Zmax=0.360mm；凸模制造公差，凹模制造

公差。将以上各值代入W校验是

否成立。经校验，不等式成立，所以，可代入上式计算工作零

件刃口尺寸。

尺寸，查得其、、、数值同上一

尺寸，所以同样满足W的要求，则

r>A3=名一0.75X0.18）苫02mm=7.865苫叱。mm

QT3=<7.865—0.246/2）?（）gmm=7.742?0（夕mm

（2）冲孔

查得凸模制造公差凹模制造公差经验笄满足&,所以尺寸3,查得凸模制

造公差，凹模制造公差经验算满足不等式W,所以（3）中心距

零件上两孔中心距为mm,代入中心距计算公式得

L=46±0.1/4mm=46±O.O25mm

2.排样计算

模具导料零件采用无侧压的导料板装置，所以条料宽度应在零件尺寸增加搭边值的基础

上再增加一间隙值.可查得该间隙值为0.5mm。分析零件形状.应采用单直排或斜排的排样

方式，零件可能的排样方式有下图所示三种。

可能的排样方式

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可能的排样方式

比较方案b和方案C,显然方案C的材料利用率要高，所以

首先排除方案b。现选用1500mmX1000mm的钢板，则需

计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。

(1)裁成宽65mm、长1500mm的条料，则一张板材能出

的零件总个数为

1OOO1500

15x36=540

6641.2

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（2）裁成宽65nlm、长1000mm的条料，则一张板材能出

的零件总个数为

15001OOO

=22x24=528

6641.2

（3）裁成宽43mm、长1500mm的条料，则一张板材能出

的零件总个数为

1OOO1500

22x31=682

43.547.93

（4）裁成宽43mm、长1000mm的条料，则一张板材能出

的零件总个数为

1500~|r1OOO

43.5J*|_47.93=34x20=680

比较以上四种裁剪方法，第3种裁剪方法的材料利用率最高（在斜排中，为了保

证冲孔凹模与落料凹模之间的刃LI强度，将零件间的搭边值由人为增大

到2.5mm）,所以最终裁剪方式为宽43.5mm、长1000mm的条料。零件最终确定

的排样图为

3.冲压力计算

冲裁力基本计算公式为此例中零件的周长为269mm（落料周长为148mm,冲

孔周长为121mm）,材料厚度2mm,Q235钢的抗剪强度取350Mpa,则冲裁该零

件所需冲裁力为

F落=1.3x148x2x35（）N=134680TV七135kN

与中=1.3x121x2x350N=110110«110kN

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F=尸冲+F落«245kN

模具采用刚性卸料和推件的结构，所以所需推件刀为

%=NKT/=4x0.055x245Nn54kN

零-件所需㈤得W冲L压…力为乙总=尸+产丁1=,（245+547）kN=299kN

初选设备为开式压力机J23—35。

4.压力中心计算

零件为一对称件，所以零件的压力中心就是零件的对称中心。但由于

采用了级进模设计因此需计算模具的压力中心。设模具压力中心的坐

标点为（X,0）（见下图），则有

47.93

与中(47.93—x)=F可客x

x=21.52

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六、冲压设备的选用

根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾压力机J23—35,其主要技术参数如下:

公称压力：350kN

滑块行程：80mm

最大闭合高度：280mn

闭合高度调节量：60nm

滑块中心线到床身距离：205mm

工作台尺寸：380mmX610mm

工作台孔尺寸：200mnX290mm

模柄孔尺寸：650mmX70mm

垫板厚度：60mm

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七、模具零部件结构的确定

1.标准模架的选用

标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹

模周界的大小。由凹模高度和壁厚的计算公式得，凹模高度

凹模壁厚所以，凹模的总长，凹模的宽度

模具采用对角导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为：上模座160mmX125mm

X35mm,下模座160mmX125mmX40mm,导柱25mlnX150mm,导套25mmX85mmX

33mm9

2.其他零部件结构

凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用压入式模柄：根

据设备上

模柄孔尺寸，选用规格A50X100的模柄。

致谢

经过两周课程设计，在老师的指导下，我完成了大学期

间很重要的一次作业。以前，我们在校车间进行了实训和在校外

的企业进行实习，为现在的模具设计打下了坚实的基础。尽管如

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此，我在设计的过程中仍然遇到了一系列问题例如模具材料的

选择、定位距离，孔距等等的问题。幸好在指导老师的指导和帮

助下，才能把上述的问题都基本解决，顺利完成了模